5. Изучение диполя. Диаграмма направленности.

Простейшим излучателем электромагнитных волн является электрический диполь, электрический момент которого изменяется во времени по гармоническому закону ωt, где - амплитуда вектора . Примером подобного диполя может служить система, состоящая из покоящегося заряда +Q и отрицательного заряда – Q, гармонически колеблющегося вдоль направления с частотой ω.

Задача об излучении диполя имеет в теории излучающих систем важное значение, так как всякую реальную излучающую систему (например, антенну) можно рассчитывать, рассматривая излучение диполя. Кроме того, многие вопросы взаимодействия излучения с веществом можно объяснить на основе классической теории, рассматривая атомы как системы зарядов, в которых электроны совершают гармонические колебания около их положения равновесия.

Характер электромагнитного поля диполя зависит от выбора рассматриваемой точки. Особый интерес представляет так называемая волновая зона диполя – точки пространства, отстоящие от диполя на расстоянии r, значительно превышающего длину волны (r>>λ), так как в ней картина электромагнитного поля диполя сильно упрощается. Это связано с тем, что в волновой зоне диполя практически остаются только «отпочковавшиеся» от диполя, свободно распространяющиеся поля, в то время как поля, колеблющиеся вместе с диполем и имеющие более сложную структуру, сосредоточены в области расстояний r<<λ. (Заметим, что в этой области справедливы те же формулы, что и для постоянных электрического и магнитного полей.)

В волновой зоне векторы и колеблются по закону cos(ωt –kr). Амплитуды этих векторов зависят от расстояния r до излучателя и угла ϑ между направлением радиуса-вектора и осью диполя и пропорциональны sinϑ. Отсюда следует, что интенсивность излучения диполя в волновой зоне ϑ/ .

Зависимость от ϑ при заданном значении r, приводимая в полярных координатах, называется диаграммой направленности излучения диполя (см. рис. 30.7).

r = const

ϑ

I (ϑ)

)

диполь

диаграмма

направленности

Диполь сильнее всего излучает в направлениях, перпендикулярных его оси, где ϑ = π/2 (ось Х). Вдоль своей оси (ϑ = 0 и ϑ = π) диполь не излучает вообще.

Х

Рис. 30.7

Вопросы для самоконтроля.

1. В чем заключается максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции?

2. Что называется током смещения?

3. Напишите систему уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. В чем состоит физический смысл каждого уравнения?

4. Напишите волновые уравнения для электромагнитного поля и их решения.

5. Перечислите Основные свойства электромагнитных волн.

6. Что называется вектором Пойнтинга? Каков его физический смысл?

7. нарисуйте диаграмму направленности излучения диполя.

ОПТИКА

Лекция № 31